本课题是一个基于STM32的集心率测量、心率异常报警设定、心率异常报警、时间显示与设定、温度显示于一体的设计。心率检测功能主要是利用光溶积法实现对被测人体的心率的测量并显示到OLED屏幕上，然后通过按键还可以设定心率正常的阈值，在实际中如果测得的心率不再正常的阈值范围内则报警；时间显示则显示当下的时间，另外可以通过按键来校准当下的时间；温度显示是显示当下环境的温度，实现对温度的一个测量。本设计可以用于心率数据的提供，用于医学的对人体活动或者心理学对情绪管控的研究，并且在平时生活、健康方面可以作为一个便捷有效的穿戴设备。
目 录
引言 1
（一）研究的背景 1
（二）研究的意义 1
一、系统总体设计 2
二、主要器件介绍 3
（一）脉搏血氧传感器——MAX30102 3
（二）温度传感器——DS18B20 3
（三）显示器件——OLED屏幕 4
三、硬件设计 5
（一）心率检测部分 5
（二）温度检测电路 6
（三）MCU核心控制电路 6
四、软件设计 7
（一）心率检测程序部分 8
（二）时间及设定程序部分 8
（三）温度检测及报警程序部分 9
（四）OLED显示程序部分 10
五、实物展示与连接 11
六、调试与总结 12
参考文献 12
附录一 原理图 13
附录二 源程序 14
致谢 21
引言
（一）研究的背景
1.国内外心率检测发展情况
在心率检测技术或者设备方面，由于核心观测点便是需要知道心脏跳动的次数，所以根据心脏跳动引起脉搏、血液、电波、震动的变化间接达到心率检测的目的。在这个技术领域国内外的发展目前综合来看有多种不同测试方法的心率设备了，分别为：红外线耳部心率感应器、心率带、CPET、动脉血压器、手机心率APP、光电心率传感器。其中红外线耳部心率感应器是利用人体的耳旁区表皮薄、而且离心脏近颈内动脉近的特点，从而利用红外光透过薄膜进入到人体浅层然后反射回来，对反射
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波接收便可以测得使用者的心率；心率带则是围在人胸下靠近心脏利用心电信号法对心率进行测量的；CPET和心率带的原理一样，都是用心电信号法对心率进行测量，但是无论从理论还是实际上它都比心率带更加的精准；动脉血压器则是利用脉搏的跳动情况来测量的，就像是中医的把脉一样；心率APP则是将手指放在摄像头的闪光灯下，摄像头可以因为光对手指的内的血管（毛细血管）的变化而算出心率的多少；光电心率传感器则是透过血液根据血液反射绿光的频率得到的数据，也就是说血管搏动时造透光率不同来进行脉搏和血氧饱和的测量的。在心率测量技术上目前掌握技术最多的是美国（主要根据专利产出情况），其次是中国、日本、德国等国家。上面便基本对国内外技术领域心率测量方面做出了概述，便是国内外的心率检测技术的背景了。
2. 国内心率测量的现状
目前，在中国心率测量技术中兴通讯股份有限公司、小米公司、华为技术有限公司、中国人民解放军空军航空医学研究所、河南华南医电科技有限公司、深证先进技术研究院、浙江大学、万威科研有限公司、成都博约创信科技有限责任公司、北京超思电子技术股份有限公司、杭州义盛祥通信技术有限公司、香港中文大学、青岛蓝图文化传播有限公司等都有专利申请，对心率测量技术都有不同程度的研究，并且心率测量技术愈加成熟，而测量设备和穿戴设备也在市场上投放推广使用和改善。
（二）研究的意义
前面在技术领域中说明了心率测量的种类，但是各自都有各自的优缺点。例如红外线耳部心率感应器、心率带、CPET、动脉血压器都不利于在运动的时候对心率进行测量，而手机利用摄像头的心率APP则有失精度，并且有些舒适感低。综上所述，心率检测的方法有：从心电信号中提取；利用红外光线的方法计算返回来的时间；根据因血压传过来的压力所导致的脉搏波动；利用手机摄像头的分析能力；还有一种便是光电容积法（即利用动脉搏动充血不同而使得透光率不同，反射回来的光的强度等也不同，而根据反射回来的光经过放大和输出之后再经过一定的处理便可以得到心率数据了）。本设计基于上面的优缺点，例如在运动时穿戴不方便，不具备准确性等选用了光电容积累法，同时这也是市场上客户（使用者）的需求，选用了比较廉价且能满足课题要求的STM32C8T6进行设计，同时提供时间的显示（及设定）。
一、系统总体设计
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图1 系统总体设计图
对于本毕业设计的系统本人大致分为6部分：电源部分、程序下载部分、时钟及设定部分、心率检测部分、温度检测部分、MCU控制部分、显示部分。电源部分负责整个系统电源需求的提供、程序下载部分负责给MCU提供下载转换电路、时钟及设定部分则是利用MCU内部的RTC并且通过外部的按键改写时间值、心率测量部分提供需要显示的实时心率（本课题主要需要研究的），温度检测提供实时温度，MCU控制所有输入输出和实现与外设的通信，显示部分负责最终的显示。下面将对这6个部分进行详细的阐述与说明。
二、主要器件介绍
（一）脉搏血氧传感器——MAX30102
MAX30102是一种脉搏血氧传感器，依据名字就可以知道这是一个既可以测试脉搏次数也可以测试血氧饱和度的传感器，但是本设计主要研究的是心率测量，也就是脉搏次数，而且实际中使用需要也是心率测量需要的比较多，所以这里没有用到测试血氧饱和度的功能。 MAX30102是由光学元件、发光二极管、光电探测器和一些低噪声的电子电路组成的，发光二极管需要3.3V~5V的电源提供，这个是属于高采样率的产品，工作的温度范围为40摄氏度到85摄氏度，通信使用的是iic协议。MAX是由Maxim公司研发的，由于它的体积小而且用起来非常翻边，可穿戴性、可安放性强，而且心率测量的器件上价格也相对较便宜，所以在心率测量广泛使用。
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图2 DS18B20实物图
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图3 DS18B20引脚图
（二）温度传感器——DS18B20
DS18B20是一种数字温度传感器，应用领域广泛，体积小、精度高、抗干扰能力强，其工作的温度范围为55摄氏度~125摄氏度，根据场合改变粉装又分为磁铁吸附式，螺纹式，管道式，不锈钢封装式，常用于锅炉测温、机房测温、农业大棚测温，室内测温等非极限温度场合（注意太高的温度会烧坏DS18B20,实验实测）。DS18B20的原理是其芯片内有一个高温度系数的晶振，晶振配合电路可以产生一个频率变化的振荡器，即产生脉冲信号，而这个脉冲信号再给一个计数器，再结合一系列的处理、转换、寄存电路，最终得到整个芯片需要的功能，即单总线协议可以传送温度数据的数字信号。DS18B20有三个引脚，分别是VCC、GND、数据DQ，注意电源和地千万不能接反，否则会造成烧坏，使用电源要小于5.5V。

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